Акселерометр

Союз Советских Соцналнстнческнх РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 030378(21) 2586194/18-10с присоединением заявки Йо(51)М. Кл.2С 01 Р 15/08 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) АКСЕЛЕРОМЕТР Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частностик системам приборов и средств автоматизации для получения информации овеличине измеряемых параметров, и может быть использовано для измеренияускорений и вибраций в широком диапазоне температур на изделиях космической, авиационной, судостроительнойтехники и в других областях народного хозяйства.Известны тензопреобразователи механических величин, у которых уменьшение температурной погрешности осуществляется технологической схемной 15компенсацией или введением дополнительных активных стабилизирующихэлементов (1),Недостатками известных устройствявляются сложность компенсации температурной погрешности, ограниченныйтемпературный диапазон работы тензопреобраэователей, низкая надежностьприборов и значительное время подготовки к измерениям.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсятермостатированный тензоакселерометр,содержащий корпус, расположенную внем балку с инерционной массой на 30 конце и стабилизирующим температуруэлементом, и прибор регулировки температуры 2),Однако в этом устройстве не обеспечиваются условия для быстрого переноса тепла от диффузионного резистора к тензорезистору, что увеличивает время подготовки устройства кизмерениям,Локальный нагрев областей, прилегающих к диффузионному резистору, приводит к термическим напряжениям вконтактных площадках и корпусе балкиакселерометра, что обусловливает егонизкую надежность. Необходимость формирования дополнительного диффузионного резистора,служащего нагревательным элементам,усложняет конструкции,Цель изобретения - уменьшение времени подготовки к измерениям, увеличение надежности и упрошение конструкции.Для этого в предлагаемом акселерометре на части балки под тенэорезисторами, являющейся одновременна нат ревательным элементом, установлены контакты, соединенные с приборам регулировки температуры, б 81376На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого акселерометра,Устройство содержит корпус балки1, в теле которого сформирован тензорезистор 2 (корпус балки условноразделен на деформированную часть 3 5и часть для заземления 4), измерительный прибор 5, регулирующий температуру элемент б, контактные площадки7, чувствительный к изменению температуры элемент 8 и контактные площадки 9 и 10.Устройство работает следующим образом.Под воздействием измеряемого механического параметра конец корпусабалки 1 отклоняется от начальногоположения, создавая механические напряжения в тензорезисторе 2, расположенном в теле деформируемой части 3,Механические напряжения преобразуются 2тензорезистором 2 в электрическийсигнал, который регистрируется измерительным прибором 5. При пропусканииэлектрического тока от регулирующеготемпературу элемента б через контактные площадки 7 происходит разогревдеформируемой части 3 балки эа счетвыделения в ней джоулева тепла. Потоквыделенного тепла нагревает тензореэистор, и чувствительный к изменениютемпературы элемент 8, управляющий 30сигнал от которого поступает на регулирующий температуру элемент 6, поддерживает заданную температуру в деформируемой части 3 балки, Контактныеплощадки 9 и 10 служат для коммутации тенэорезистора 2 и элемента 8,Совмещение нагревательного элемента с деформируемой частью балки, в которой сформированы тензорезисторы ичувствительный к изменению температуры элемент, позволяет уменьшить время подготовки акселерометра к измерениям, т.е, то время, за которое тенэореэисторы нагреваются до заданнойтемпературы. Причину, по которой этопроисходит, можно проиллюстрировать,рассмотрев одномерный стационарныйслучай уравнения теплопроводностис 3 О с 3 Т"К, Ж50где -- скорость переноса количества теплоты через площадаВТку дЯ; по нормали к ней;- градиент температуры 1К - коэфФициент теплопроводности.55 Джоулево тепло выделяется в каждом элементарном объеме нагревательного элемента в непосредственной близости поверхности р.-п-перехода, электрически изолирующего тензореэисторот нагревательного элемента, причемплощадь поверхности р-п-перехода,погруженного в нагревательныйэлемент, достаточно велика при маломобъеме тела тензорезистора.Большой градиент температур междунагревательным элементом и тензорезистором (или элементом, чувствительным к изменению температуры) за счетразделяющего их слоя создается принезначительной разности температурмежду нагревательным элементом и тензорезистором, что увеличивает надежность устройства в работеТакимобразом исключается перегрев остальных элементов акселерометра, приводящий к их разрушению из-эа разноститермических коэффициентов расширенияматериалов, из которых они изготовлены, исключаются термические напряжения между частями элементов из одинакового материала вследствии того,что джоулево тепло выделяется однородно во всем объеме нагревательногоэлемента.Упрощение конструкции достигаетсятем,что нет необходимости отдельноформировать диффузионный резистор,осуществляющий подогрев тензорезистора,изобретенияФормулаАкселерометр, содержащий корпус, расположенную в нем консольно укрепленную балку с инерционной массой на конце, тенэорезисторами и стабилизирующим температуру элементом, и прибор регулировки температуры элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени подготовки акселерометра к измерениям,увеличения надежности и упрощения конструкции, на части балки под тенэорезисторами, являющейся одновременно нагревательным элементом, установлены контакты, соединенные с прибором регулировки температуры.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 434284, кл. 0 01 Ь 1/18, 19722. Авторское свидетельство СССР 9 504978, кл. О 01 Р 15/12, 1970.Заказ 5079/41 филиал ППП Патентф, г. ужгород, ул. Проектная,4 Составитель Я. Мараховская Р актрис Т. Иванова Техред М.Петко Корректор В,Бутяга Тираж 1090 Подписное ЦНИИПИ Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Жд Рашская наб. д, 45